JP2000015084A - 反応装置および反応方法および火力発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二酸化炭素の水素還元反応の高速・高効率
化。 【解決手段】 非磁性体からなる反応容器１Ａの外側に
複数の超伝導コイル２Ａを設ける。予め、反応容器１Ａ
内に酸素欠損マグネタイト等の磁性触媒粒子９を導入し
ておく。反応容器１Ａ内に高温の二酸化炭素ガスおよび
水蒸気を導入して、超伝導コイル２Ａにより反応容器１
Ａ内に磁場を形成する。超伝導コイル２Ａの通電状態を
変化させることにより磁性触媒粒子９、二酸化炭素ガス
および水蒸気を攪拌して、磁性触媒粒子９と二酸化炭素
ガスおよび水蒸気との衝突機会を大幅に増大させること
により、反応容器１Ａ内における水素還元反応の高速・
高効率化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒を用いて行わ
れる化学反応の反応速度を増大させる方法およびその装
置および火力発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】二酸化炭素を回収もしくは他の物質に変
換する技術としては、光化学還元・光電気化学還元と、
電解還元と、触媒による水素還元が従来より知られてい
る。

【０００３】このうち光化学還元・光電気化学還元は、
光エネルギにより二酸化炭素を同化して有機物を合成す
る生体反応である光合成と原理的にはほぼ同じものであ
る。また、電解還元は、一対の電極を電解質溶液や融解
塩などのイオン伝導体に挿入し、外部電源から電流を通
じて、陰極の電位を電解質中に溶けている二酸化炭素の
平衡電位よりもさらに負に分極して、二酸化炭素を電気
化学的に還元して有機物を合成するものである。この場
合、陰極は電子を移動させるだけでなく、二酸化炭素還
元反応の触媒となる。電極としては、Ｒｕ，Ｍｏ、酸化
チタン・酸化ルテニウム混合酸化物、Ｒｈなどが開発さ
れている。

【０００４】しかし、光化学還元・光電気化学還元およ
び電解還元は、効率が低く実用段階にない。

【０００５】触媒による水素還元は、二酸化炭素を触媒
によって還元して有機物を合成するものである。触媒と
しては、Ｃｏ−ＴｈＯ₂−ケイソウ土触媒、酸素欠損マ
グネタイト触媒、Ｃｕ−Ｚｎ系酸化物触媒、Ｎｉ、光触
媒などが研究されている。しかし、この方法も、現状で
は、効率がまだ低くて実用段階ではない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実状に
鑑みなされたものであり、二酸化炭素を効率良く他の物
質に変換せしめる方法並びに装置の提供、及びその装置
を用いて、二酸化炭素を他の物質に変換して、二酸化炭
素を排出しない、もしくは二酸化炭素の排出量を減少さ
せることができるシステムの提供を目的とする。

【０００７】さらに、本発明は、二酸化炭素の回収に限
らず、触媒の存在下で行われるあらゆる化学的反応を効
率良く行わせる方法並びに装置を提供することも目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、内部に反応物質と磁性触媒粒子または触
媒を付着させた磁性体粒子とを収容して、前記反応物質
から反応生成物質を生成する反応を行うための反応容器
と、前記反応容器の外部に設けられ、前記反応容器の内
部に磁場を形成して前記反応容器内の前記磁性触媒粒子
または触媒を付着させた磁性体粒子を移動させる磁石と
を備えた反応装置を提供する。

【０００９】前記容器は略円筒形状とすることが可能で
あり、円筒の軸線は水平方向を向いていてもよいし、垂
直方向を向いていてもよい。また、前記反応容器には、
必要に応じて、反応物質の導入口、反応生成物質の排出
口、触媒の導入口および触媒の排出口を適宜設けること
が可能である。

【００１０】前記磁石は、超電導磁石または常電導磁石
等の電磁石から構成することが可能であり、永久磁石か
ら構成することも可能である。

【００１１】また、前記磁石は、反応容器の外部に反応
容器と同軸的に配置されたリング状の電磁石（コイル）
から構成することが可能である。

【００１２】この場合、リング状の電磁石は、反応容器
の軸線方向に沿って複数配設することが可能である。リ
ング状の電磁石を反応容器の軸線方向に沿って複数配設
する場合には、各電磁石の通電状態を独立して制御可能
な通電制御装置を設けることができる。少なくとも１個
のリング状の電磁石を反応容器の軸線方向に沿って移動
可能に設けることも可能である。

【００１３】リング形状以外の形状の磁石を複数設ける
ことも可能である。この場合、前記複数の磁石は、前記
反応容器を挟んで異なる極が向きあう１対の磁石からな
る磁石対を構成するように配置することが可能であり、
また、前記反応容器を挟んで同じ極が向きあう１対の磁
石からなる磁石対を構成するように配置することも可能
である。磁石対を構成する各磁石は、反応容器の半径方
向および／または放射方向に移動可能とすることができ
る。この磁石対を反応容器の軸線方向に沿って複数対配
置することも可能である。また、少なくとも１又は複数
の磁石対を反応容器の軸線方向に沿って移動可能に設け
ることも可能である。

【００１４】また、リング形状以外の形状の磁石を複数
設ける場合には、前記複数の磁石は、前記反応容器を囲
んで、同じ極が向かい合うように、かつ異なる極が隣り
合うように円周方向に配列された少なくとも４個の磁石
からなる磁石組を構成するように配置することが可能で
ある。磁石組を構成する各磁石は、反応容器の半径方向
および／または放射方向に移動可能とすることができ
る。この磁石組を反応容器の軸線方向に沿って複数対配
置することも可能である。また、少なくとも１又は複数
の磁石組を反応容器の軸線方向に沿って移動可能に設け
ることも可能である。

【００１５】本発明による反応装置は、前記反応物質を
二酸化炭素および水蒸気（水）若しくは水素として、前
記反応生成物質を例えば炭化水素、メタノール等の炭化
水素化合物もしくは含酸素炭化水素化合物とすることが
できる。この場合、反応装置は、ガス化複合発電システ
ム、ＣＯ₂回収型火力発電システム、汽力発電システ
ム、ガスタービン発電システム、複合発電システム、鉄
鋼製造システム、キュポラシステム、セラミックス高温
焼成システム、都市ゴミ処理システムおよび排水処理シ
ステム等のプラントに組み込むことができる。これによ
り、ＣＯ₂ガスによる大気汚染の問題を解決するととも
に、回収された含炭素化合物を燃料として再利用するこ
とができ、省資源化にも寄与する。

【００１６】また、本発明は、反応容器内に、反応物質
と、磁性触媒粒子または触媒を付着させた磁性体粒子を
収容する工程と、前記反応容器内に磁場を形成して、こ
の磁場を変化させることにより前記触媒粒子を前記反応
容器内で移動させながら反応物質を反応させて反応生成
物質を生成する工程とを備えた反応方法を提供する。上
記方法において、前記反応物質を二酸化炭素ガスおよび
水素若しくは水とし、前記反応生成物質を炭化水素化合
物もしくは含酸素炭化水素化合物とすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００１８】まず、本発明の原理について説明する。す
べての物質は程度の差があるものの、すべて磁性体であ
る。物質を磁場中に持ち込めば磁化される。微粒子を磁
場中に入れると微粒子内の電子が動き、その微粒子内に
電流が誘起されて、微粒子は一つの小磁石となる。例え
ば、マグネタイトは強磁性を示し磁場の極の近くで異名
の極を生じ、それと反対に、有機化合物は反磁性を示し
磁場の極の近くで同名の極を生じる。

【００１９】磁場発生装置を設けて傾斜磁場分布を発生
させると、磁場作用によって、強磁性体は磁場の大きさ
が大きくなる方向に引っ張られ、それと反対に、反磁性
体は磁場の大きさが小さくなる方向に引っ張られる。従
って、磁場を移動させることによって、微粒子の流れを
生ぜしめ、微粒子の攪拌もしくは移動を制御することが
可能となる。

【００２０】本発明は、上述の原理に基づいて、反応容
器内に存在する触媒と反応物質とを磁場を用いて攪拌す
ることにより接触機会を飛躍的に向上させるものであ
る。一般に、触媒による反応は、触媒と反応物質との衝
突回数が多い程促進されるので、高効率かつ高速度の反
応が実現できる。

【００２１】例えば、二酸化炭素を水素還元する場合に
は、反応容器内に二酸化炭素および二酸化炭素を水素還
元する磁性触媒微粒子（若しくは二酸化炭素を水素還元
する触媒を付着させた磁性微粒子）を入れて、磁場発生
装置を設けて容器内に傾斜磁場分布を発生させて磁場が
移動するようにすれば、二酸化炭素および磁性触媒微粒
子（若しくは触媒を付着させた磁性微粒子）の攪拌を促
進することができ、これにより二酸化炭素を高効率かつ
高速度で他の物質（この場合炭化水素化合物もしくは含
酸素炭化水素化合物）に変換して回収することが可能と
なる。

【００２２】以下に、図面を参照して、本発明による反
応装置の具体的構成と、本発明による反応装置を用いて
二酸化炭素ガス主成分とするガスを水素還元してメタン
またはメタノール等の炭化水素化合物もしくは含酸素炭
化水素化合物を得る方法について説明する。

【００２３】［第１の実施形態］まず、第１の実施形態
について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態
を説明する図である。

【００２４】図１に示すように、反応装置は、非磁性体
からなる円筒状の反応容器１Ａを有している。この反応
容器１Ａの軸線は、水平方向を向いている。

【００２５】この反応容器１Ａには、第１の反応物質例
えば二酸化炭素を主成分とするガスを反応容器１Ａ内に
導入するための第１の導入口（導入管）４と、前記第１
の反応物質と反応する第２の反応物質例えば水素若しく
は水を反応容器１Ａ内に導入するための第２の導入口
（導入管）５と、前記第１の反応物質と前記第２の反応
物質を反応させた結果生じる反応生成物質を反応容器１
Ａから排出するための排出口（排出管）６とが設けられ
ている。

【００２６】また、反応容器１Ａには、前記第１の反応
物質と前記第２の反応物質との反応を補助する磁性触媒
粒子９若しくは触媒を付着させた磁性体粒子９（以下、
記載の簡略化のため単に「触媒粒子９」ということとす
る）を反応容器１Ａ内に導入するための触媒導入口（触
媒導入管）７と、触媒粒子９を反応容器１Ａから排出す
るための触媒排出口（触媒排出管）１２と、が設けられ
ている。

【００２７】なお、ここで「磁性触媒」なる用語は、そ
れ自体が磁性体である触媒物質を意味し、二酸化炭素の
水素還元反応に寄与するものとしては例えば酸素欠損マ
グネタイト触媒、が挙げられる。

【００２８】導入口４、５は、反応容器１Ａの円筒形状
の底面部分に該当する一方の側部に設けられており、排
出口６は、反応容器１Ａの円筒形状の底面部分に該当す
る他方の側部に設けられている。また、触媒導入口７
は、反応容器１Ａの周面の上部に設けられており、触媒
排出口１２は、反応容器１Ａの周面の下部に設けられて
いる。

【００２９】導入口４、５、排出口６、触媒導入口７お
よび触媒排出口１２には、それぞれ、反応容器１Ａ内部
と反応容器１Ａ外部との連通を断つためのバルブ３が設
けられている。

【００３０】また、導入口４、５および排出口６には、
触媒粒子９が反応容器１Ａの外部に出ることを防止する
ために、触媒粒子９を透過しないフィルタ１０がそれぞ
れ設けられている。

【００３１】略円筒状の反応容器１Ａの外側には、複数
のリング状（円筒状）のコイル２Ａ（電磁石）が、反応
容器１Ａの軸線方向に沿って、反応容器１Ａと同軸的に
配設されている。言い換えれば、コイル２Ａのボア内に
反応容器１Ａが配置されている。なお、コイル２Ａは、
必ずしも複数設ける必要はなく、少なくとも１つ設けら
れていればよい。

【００３２】コイル２Ａは、好ましくは反応容器１Ａの
全域を均等にカバーするように等間隔に配置される。コ
イル２Ａは、図示しない支持部材により固定支持されて
いる。

【００３３】なお、コイル２Ａとしては、超電導コイル
および常電導コイルのいずれも用いることができる。

【００３４】各コイル２Ａは通電制御装置（図示せず）
に接続されており、この通電制御装置により各コイル２
Ａへの通電状態を独立して制御することができるように
なっている。

【００３５】次に、上記構成を有する反応装置を用い
て、二酸化炭素ガスを主成分とするガスを還元してメタ
ンまたはメタノール等の炭化水素化合物もしくは含酸素
炭化水素化合物を生成する方法について説明する。

【００３６】まず、触媒導入口７から酸素欠陥マグネタ
イト（磁性触媒粒子９）を反応容器１Ａ内に導入する
（工程１）。その後触媒導入口７のバルブ３は閉じてお
く。

【００３７】触媒粒子９を導入する際、コイル２Ａを１
個ずつ若しくは複数個づつ励磁と消磁を繰り返すことに
より、あるいは予め全てのコイル２Ａを励磁しておきそ
の後触媒導入口７の側から順にコイル２Ａを消磁してゆ
くことにより、反応容器１Ａ内に効率よく触媒粒子９を
導入することができる。

【００３８】次に、第１の導入口４から、二酸化炭素ガ
スを主成分とする高温のガスを、反応容器１Ａ内に導入
し、また、第２の導入口５から高温の水蒸気（水素でも
よい）を導入する（工程２）。その後、導入口４、５の
バルブ３は閉じておく。

【００３９】次に、コイル２Ａを１個づつ若しくは複数
個づつ励磁と消磁を繰り返すことにより反応容器１Ａ内
の磁場を変化させて、反応容器１Ａ内の触媒粒子９を攪
拌する（工程３）。触媒粒子９を攪拌することにより、
触媒と反応物質との接触機会が増えるため、水素還元反
応の効率および速度が大幅に向上する。以上により二酸
化炭素ガスは還元され、メタノール、メタン、炭化水素
等の炭化水素化合物もしくは含酸素炭化水素化合物が生
成される。

【００４０】反応が終了したら、排気口６のバルブ３を
開き、排出口６から反応生成物質を回収する（工程
４）。

【００４１】更に、導入口５のバルブ３を開き、それ以
外のバルブ３はすべて閉じた状態で、反応容器１Ａ内に
水素ガスを導入する。これにより磁性触媒粒子を再生す
ることができる（工程５）。

【００４２】以下、工程２から工程５を繰り返す。

【００４３】工程２から５を何度も繰り返すと、触媒粒
子９が劣化する。この場合には、触媒粒子９を交換する
（工程６）。交換時、触媒粒子９は触媒排出口１２から
排出することになるが、この際、コイル２Ａを１個ずつ
若しくは複数個づつ励磁と消磁を繰り返すことにより、
あるいは予め全てのコイル２Ａを励磁しておきその後触
媒導入口７の側から順にコイル２Ａを消磁してゆくこと
により、触媒粒子９を触媒排出口１２側に集めることが
でき、触媒粒子９を効率よく回収することができる。

【００４４】［第２の実施形態］次に、図２を参照して
第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、
第１の実施形態に対して、反応容器が縦型となっている
点が異なり、他は第１の実施形態と略同一である。第２
の実施形態において第１の実施形態と同一部分について
は、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【００４５】図２に示すように、非磁性体からなる反応
容器１Ｂは、第１の実施形態の反応容器１Ａと同様に、
全体として円筒形状を有する。反応容器１Ｂの軸線は、
垂直方向を向いている。

【００４６】反応容器１Ｂの下端側は円錐形状を有し、
円錐の頂点部分に触媒排出口１２が接続されている。反
応容器１Ｂの下端側とこれに接続される触媒排出口１２
は、全体として漏斗状の形状を有している。一方、触媒
導入口７は、反応容器１Ｂの上面（円筒の上側底面）に
設けられている。

【００４７】また、第１の導入口４および第２の導入口
５は反応容器１Ｂの周面の下側に設けられ、排出口６は
反応容器１Ｂの周面の上側に設けられている。

【００４８】複数のコイル２Ａは、反応容器１Ｂの軸線
方向に沿って、反応容器１Ｂと同軸的に配設されてい
る。

【００４９】次に、上記構成を有する反応装置の作用に
ついて説明する。

【００５０】本実施形態においても、反応および触媒交
換を行う際の手順（第１の実施形態における工程１〜工
程６に相当する工程の手順）は同一である。

【００５１】なお、本実施形態においては、反応容器１
Ｂを縦型とし、触媒排出口１２を容器底部に配置してい
るため、触媒排出時にコイル２Ａ全てを消磁することに
より、重力により触媒粒子９を容易に回収することがで
きる。むろん、この場合、コイル２Ａの全てを一旦励磁
した後にコイル２Ａを触媒導入口７側から順次消磁して
行く操作を併用してもよい。

【００５２】［第３の実施形態］次に、図３および図４
を参照して第３の実施形態について説明する。第３の実
施形態は、第１の実施形態（図１参照）に対して、リン
グ状コイル２Ａに代えて反応容器の外周面に対向する磁
極を持つ複数の磁石２Ｂが設けられている点が異なり、
他は第１の実施形態と略同一である。第２の実施形態に
おいて第１の実施形態と同一部分については、同一符号
を付し、重複する説明は省略する。

【００５３】図３に示すように、横型の円筒状の反応容
器１Ａの外側には、反応容器１Ａの軸線方向に沿って複
数の磁石２Ｂが配設されている。これら磁石２Ｂは、２
個づつが対をなして反応容器の軸線を中心とする対称位
置に配置されている。

【００５４】好ましくは、磁石対（対をなす２つの磁石
を意味する）は、反応容器１Ａの軸線に沿って等間隔に
配設される。各磁石２Ｂは、超電導磁石若しくは常電導
磁石等の電磁石、または永久磁石から形成される。

【００５５】図４に示すように、対をなす磁石２Ｂ，２
Ｂすなわち磁石対を構成する磁石２Ｂ，２Ｂは、反応容
器１Ａを挟んで、互いに反対の極性を有する磁極が向き
合うように配置されている。すなわち、図４に示すよう
に、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂのうち一方の磁石２ＢのＳ
極が反応容器１Ａの外周面に対向している場合、反応容
器１Ａを挟んで一方の磁石２Ｂの反対側に配置される他
方の磁石２ＢのＮ極が反応容器１Ａの外周面に対向する
ようになっている。

【００５６】なお、磁石２Ｂが電磁石の場合、対をなす
磁石２Ｂ，２Ｂの極性の関係は、図示しない通電制御装
置により制御される。

【００５７】また、本実施形態に係る反応装置において
は、各磁石２Ｂを移動させるための駆動装置（図示せ
ず）が設けられており、この図示しない駆動装置によ
り、各磁石２Ｂは図４に示すような半径方向に移動する
ことができ、また周方向にも移動することができる。

【００５８】本実施形態においても、第１および第２の
実施形態と同様、反応容器１Ａ内で反応を行う際に、各
磁石の励磁および消磁を適宜組み合わせることにより
（磁石２Ｂが電磁石の場合）、触媒粒子９を効率良く攪
拌することができるため、高速度かつ高効率の反応を実
現することができる。また、触媒粒子９の導入および排
出の効率を向上させることができる。

【００５９】更に、本実施形態においては、磁石２Ｂを
周方向および半径方向に移動させることにより（磁石が
電磁石の場合および永久磁石の場合の両方）、攪拌効率
をさらに向上させることができるできる。

【００６０】［第４の実施形態］次に、図５および図６
を参照して第４の実施形態について説明する。第４の実
施形態は、第２の実施形態（図２参照）に対して、リン
グ状コイル２Ａに代えて反応容器１Ｂの外周面に対向す
る磁極を持つ複数の磁石２Ｂが設けられている点が異な
り、他は第２の実施形態と略同一である。第４の実施形
態において第２の実施形態と同一部分については、同一
符号を付し、重複する説明は省略する。

【００６１】図５に示すように、本実施形態において
は、縦型の反応容器１Ｂの周囲に、軸線方向に沿って複
数の磁石２Ｂが配設されている。これら磁石２Ｂの反応
容器１Ｂに対する位置関係、各磁石２Ｂの位置関係およ
び極性の関係は第３の実施形態と同一である。各磁石２
Ｂの駆動装置および通電制御装置も第３の実施形態と同
様とすればよい。

【００６２】上記構成を有する本実施形態においても、
磁石２Ｂの通電状態の制御および磁石２Ｂの移動の組合
せにより、反応容器１Ｂ内の触媒粒子９を移動攪拌する
ことにより、反応容器１Ｂ内での反応効率を向上させる
ことができる。

【００６３】［第５の実施形態］次に、図７および図８
を参照して第５の実施形態について説明する。第５の実
施形態は、第３の実施形態（図３および図４参照）に対
して、対をなす磁石２Ｂの極性の関係が異なり他は第３
の実施形態と同一である。第５の実施形態において第３
の実施形態と同一部分については、同一符号を付し、重
複する説明は省略する。

【００６４】本実施形態においては、図７および図８に
示すように、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂは、反応容器１Ａ
を挟んで、互いに同一の極性を有する磁極が向き合うよ
うに配置されている。すなわち、図８に示すように、対
をなす磁石２Ｂ，２Ｂのうち一方の磁石２ＢのＮ極が反
応容器１Ａの外周面に対向している場合、他方の磁石２
ＢのＮ極も反応容器１Ａの外周面に対向するようになっ
ている。なお、一方および他方の磁石２ＢのＳ極がとも
に反応容器１Ａの外周面に対向するように配置してもよ
い。

【００６５】本実施形態においても、磁石２Ｂの通電状
態の制御および磁石２Ｂの移動の組合せにより、反応容
器１Ａ内の触媒粒子９を移動攪拌することにより、反応
容器１Ａ内での反応効率を向上させることができる。

【００６６】［第６の実施形態］次に、図９および図１
０を参照して第６の実施形態について説明する。第６の
実施形態は、第４の実施形態（図５および図６参照）に
対して、対をなす磁石２Ｂの極性の関係が異なり他は第
４の実施形態と略同一である。第６の実施形態において
第４の実施形態と同一部分については、同一符号を付
し、重複する説明は省略する。

【００６７】本実施形態においては、図９および図１０
に示すように、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂは、反応容器１
Ｂを挟んで、互いに同一の極性を有する磁極が向き合う
ように配置されている。すなわち、図１０に示すよう
に、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂのうち一方の磁石２ＢのＮ
極が反応容器１Ｂの外周面に対向している場合、他方の
磁石２ＢのＮ極も反応容器１Ｂの外周面に対向するよう
になっている。なお、一方および他方の磁石２ＢのＳ極
がともに反応容器１Ｂの外周面に対向するように配置し
てもよい。

【００６８】本実施形態においても、磁石２Ｂの通電状
態の制御および磁石２Ｂの移動の組合せにより、反応容
器１Ｂ内の触媒粒子９を移動攪拌することにより、反応
容器１Ｂ内での反応効率を向上させることができる。

【００６９】［第７の実施形態］次に、図１１および図
１２を参照して第７の実施形態について説明する。第７
の実施形態は、第５の実施形態（図７および図８参照）
に対して、磁石２Ｂが更に追加的に設けられている点が
異なり、他は第５の実施形態と略同一である。第７の実
施形態において第５の実施形態と同一部分については、
同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【００７０】本実施形態においては、図１１および図１
２に示すように、磁石２Ｂは、４個づつが組をなして配
置されている。各磁石組（組をなす４つずつの磁石を意
味する）は、反応容器の軸線に沿って等間隔に配設され
ている。

【００７１】図１２に示すように、各磁石組は、４個の
磁石２Ｂ，２Ｂ，２Ｂ，２Ｂから構成されている。１つ
の組をなす磁石２Ｂ，・・・，２Ｂは、反応容器１Ａの
軸線を中心とする円周を４等分した位置にそれぞれ配置
されている。また、１つの組をなす磁石２Ｂ，・・・，
２Ｂは、互いに反対の極性を有する磁極が向き合うよう
に配置された二対の磁石対を構成する。二対の磁石対の
うち一方の対は、Ｎ極が反応容器１Ａの外周面に対向す
るように配置され、他方の対は、Ｓ極が反応容器１Ａの
外周面に対向するように配置されている。すなわち磁石
組を構成する各磁石２Ｂは、反応容器１Ａを囲んで、同
じ極が向かい合うように、かつ異なる極が隣り合うよう
に円周方向に配列されている。なお、１つの磁石組に含
まれる磁石対は、２つに限定されるものではなく、磁石
組を２以上の偶数の磁石対から構成してもよい。この場
合、各磁石は同じ極が向かい合うように、かつ異なる極
が隣り合うように配置すればよい。

【００７２】なお、磁石２Ｂが電磁石の場合、組をなす
各磁石２Ｂ，・・・，２Ｂの極性の関係は、図示しない
通電制御装置により制御される。また、各磁石２Ｂ，・
・・は、図示しない駆動装置により、独立して移動する
ことができる。

【００７３】本実施形態においても、磁石２Ｂの通電状
態の制御および磁石２Ｂの移動の組合せにより、反応容
器１Ａ内の触媒粒子９を移動攪拌することにより、反応
容器１Ａ内での反応効率を向上させることができる。

【００７４】特に、本実施形態においては、１つの組を
なす磁石２Ｂ，・・・，２Ｂのうち任意の磁石の反応容
器１Ａに対向する磁極から出発する磁力線が、両隣の磁
石の反応容器１Ａに対向する磁極に向かうため、反応容
器１Ａ断面で見た場合の攪拌効率が向上する。このた
め、反応容器１Ａ内における反応効率をより向上させる
ことができる。

【００７５】［第８の実施形態］次に、図１３および図
１４を参照して第８の実施形態について説明する。第８
の実施形態は、第６の実施形態（図９および図１０参
照）に対して、磁石２Ｂが更に追加的に設けられている
点が異なり、他は第６の実施形態と略同一である。第８
の実施形態において第６の実施形態と同一部分について
は、同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【００７６】本実施形態においては、図１３および図１
４に示すように、第７の実施形態と同様に、磁石２Ｂは
４個づつが組（磁石組）をなして反応容器の周方向に配
置される。これら磁石２Ｂの反応容器１Ｂに対する位置
関係、各磁石２Ｂの位置関係および極性の関係は第７の
実施形態と同一である。各磁石２Ｂの駆動装置および通
電制御装置も第７の実施形態と同様とすればよい。

【００７７】本実施形態においても、磁石２Ｂの通電状
態の制御および磁石２Ｂの移動の組合せにより、反応容
器１Ｂ内の触媒粒子９を移動攪拌することにより、反応
容器１Ｂ内での反応効率を向上させることができる。

【００７８】［第９の実施形態］次に、図１５を参照し
て第９の実施形態について説明する。第９の実施形態
は、第１の実施形態（図１参照）に対して、コイル２Ａ
が１つだけ反応容器１Ａの軸方向に沿って移動可能に設
けられている点が異なり、他は第１の実施形態と略同一
である。第９の実施形態において第１の実施形態と同一
部分については、同一符号を付し、重複する説明は省略
する。

【００７９】図１５に示すように、本実施形態において
は、コイル２Ａは１つだけ設けられている。このコイル
２Ａは、図示しない軸線方向駆動装置により反応容器１
Ａの軸方向に沿って移動可能となっている。

【００８０】本実施形態においては、触媒粒子９の導入
および排出を行う際と、反応工程における触媒粒子の攪
拌を行う際には、図示しない軸線方向駆動装置によりコ
イル２Ａを適宜移動させる。

【００８１】本実施形態においても、磁石２Ａの通電状
態の制御および磁石２Ａの移動の組合せにより、反応容
器１Ａ内の触媒粒子９を移動攪拌することにより、反応
容器１Ａ内での反応効率を向上させることができる。

【００８２】更に、本実施形態によれば、コストの高い
コイル２Ａの個数を減らすことができるため、装置全体
のコスト低減を図ることができる。

【００８３】なお、本実施形態においては、コイル２Ａ
の数は１としたが、これに限定されるものではなく、１
つ以上のコイル２Ａを設けてもよい。この場合、コイル
２Ａは互いに独立して反応容器１Ａの軸線方向に移動可
能とすることが好ましい。

【００８４】［第１０の実施形態］次に、図１６を参照
して第１０の実施形態について説明する。第１０の実施
形態は、第２の実施形態（図２参照）に対して、コイル
２Ａが１つだけ反応容器１Ｂの軸方向に沿って移動可能
に設けられている点が異なり、他は第２の実施形態と略
同一である。第１０の実施形態において第２の実施形態
と同一部分については、同一符号を付し、重複する説明
は省略する。

【００８５】図１６に示すように、本実施形態において
は、コイル２Ａは１つだけ設けられている。このコイル
２Ａは、図示しない軸線方向駆動装置により反応容器１
Ｂの軸方向に沿って移動可能となっている。

【００８６】本実施形態においても、第９の実施形態と
略同一の効果が得られる。

【００８７】なお、本実施形態においても、第９の実施
形態で説明したように、１つ以上のコイル２Ａを設けて
もよい。

【００８８】［第１１の実施形態］次に、図１７および
図１８を参照して第１１の実施形態について説明する。
第１１の実施形態は、第３の実施形態（図３および図４
参照）に対して、磁石２Ｂが一対だけ反応容器１Ａの軸
方向に沿って移動可能に設けられている点が異なり、他
は第３の実施形態と略同一である。第１１の実施形態に
おいて第３の実施形態と同一部分については、同一符号
を付し、重複する説明は省略する。

【００８９】図１７および図１８に示すように、本実施
形態においては、磁石２Ｂは１対だけ設けられている。
この磁石２Ｂは、図示しない駆動装置により、反応容器
１Ａの半径方向および周方向でけでなく、反応容器１Ａ
の軸方向に沿っても移動可能となっている。

【００９０】本実施形態においては、触媒粒子９の導入
および排出を行う際と、反応工程における触媒粒子の攪
拌を行う際には、図示しない駆動装置により磁石２Ｂを
反応容器１Ａの半径方向および周方向に第３の実施形態
と同様の手順で適宜移動させる。さらに、本実施形態に
おいては、図示しない駆動装置により、磁石２Ｂを反応
容器１Ａの軸方向にも移動させて触媒粒子９の攪拌を行
う。

【００９１】本実施形態においても、磁石２Ｂの移動お
よび磁石２Ｂの通電状態を変化させることにより、反応
容器１Ａ内の触媒粒子９を移動攪拌することにより、反
応容器１Ａ内での反応効率を向上させることができる。

【００９２】更に、本実施形態においては、コストの高
い磁石２Ｂの個数を減らすことができるため、装置全体
のコスト低減を図ることができる。

【００９３】なお、本実施形態においては、磁石２Ｂは
１対のみ設けられているが、これに限定されるものでは
なく、１対以上の磁石２Ｂを設けてもよい。この場合、
磁石２Ｂは各対ごとに独立して反応容器の軸線方向に移
動可能とすることが好ましい。

【００９４】［第１２の実施形態］次に、図１９および
図２０を参照して第１２の実施形態について説明する。
第１２の実施形態は、第４の実施形態（図５および図６
参照）に対して、１対のみの磁石２Ｂが反応容器１Ｂの
軸方向に沿って移動可能に設けられている点が異なり、
他は第２の実施形態と略同一である。第１２の実施形態
において第４の実施形態と同一部分については、同一符
号を付し、重複する説明は省略する。

【００９５】図１９および図２０に示すように、本実施
形態においては、磁石２Ｂは１対だけ設けられている。
この磁石２Ｂは、図示しない駆動装置により、反応容器
１Ｂの半径方向および周方向でけでなく、反応容器１Ｂ
の軸方向に沿っても移動可能となっている。

【００９６】本実施形態によれば、第１１の実施形態と
略同一の作用効果が得られる。また、第１１の実施形態
で説明したように、１対以上の磁石２Ｂを設けてもよ
い。

【００９７】［第１３の実施形態］次に、図２１および
図２２を参照して第１３の実施形態について説明する。
第１３の実施形態は、第１１の実施形態（図１７および
図１８参照）に対して、対をなす磁石の極性の関係が異
なる点のみが異なり、他は第１１の実施形態と略同一で
ある。第１３の実施形態において第１１の実施形態と同
一部分については、同一符号を付し、重複する説明は省
略する。

【００９８】本実施形態においては、図２１および図２
２に示すように、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂは、反応容器
１Ａを挟んで、互いに同一の極性を有する磁極が向き合
うように配置されている。すなわち、図８に示すよう
に、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂのうち一方の磁石２ＢのＮ
極が反応容器１Ａの外周面に対向している場合、他方の
磁石２ＢのＮ極も反応容器１Ａの外周面に対向するよう
になっている。なお、一方および他方の磁石２ＢのＳ極
がともに反応容器１Ａの外周面に対向するように配置し
てもよい。

【００９９】本実施形態も、第１１の実施形態と略同一
の作用効果を奏する。

【０１００】［第１４の実施形態］次に、図２３および
図２４を参照して第１４の実施形態について説明する。
第１４の実施形態は、第１２の実施形態（図１９および
図２０参照）に対して、対をなす磁石の極性の関係が異
なる点のみが異なり、他は第１２の実施形態と略同一で
ある。第１４の実施形態において第１２の実施形態と同
一部分については、同一符号を付し、重複する説明は省
略する。

【０１０１】本実施形態においては、図２３および図２
４に示すように、対をなす磁石２Ｂ，２Ｂは、互いに同
一の極性を有する磁極が向き合うように配置されてい
る。すなわち、図８に示すように、対をなす磁石２Ｂ，
２Ｂのうち一方の磁石２ＢのＮ極が反応容器１Ｂの外周
面に対向している場合、他方の磁石２ＢのＮ極も反応容
器１Ｂの外周面に対向するようになっている。なお、一
方および他方の磁石２ＢのＳ極がともに反応容器１Ｂの
外周面に対向するように配置してもよい。

【０１０２】本実施形態も、第１２の実施形態と略同一
の作用効果を奏する。

【０１０３】［第１５の実施形態］次に、図２５および
図２６を参照して第１５の実施形態について説明する。
第１５の実施形態は、第７の実施形態（図１１および図
１２参照）に対して、磁石組が１組のみ反応容器の軸線
方向に移動可能に設けられている点が異なり、他は第７
の実施形態と略同一である。第１５の実施形態において
第７の実施形態と同一部分については、同一符号を付
し、重複する説明は省略する。

【０１０４】図２５および図２６に示すように、４個の
磁石２Ｂ，２Ｂ，２Ｂ，２Ｂから構成された磁石組が１
組のみ設けられ、この磁石組の構成する各磁石２Ｂは、
反応容器１Ａの軸線方向に一緒に動くように構成されて
いる。磁石組を構成する４個の磁石２Ｂの位置関係およ
び極性の関係は第７の実施形態の磁石組と同様であり、
また磁石組を構成する４個の磁石２Ｂが反応容器１Ａの
半径方向および周方向に独立して移動可能な点も第７の
実施形態と同様である。

【０１０５】［第１６の実施形態］次に、図２７および
図２８を参照して第１６の実施形態について説明する。
第１６の実施形態は、第８の実施形態（図１３および図
１４参照）に対して、磁石組が１組のみ反応容器の軸線
方向に移動可能に設けられている点が異なり、他は第８
の実施形態と略同一である。第１６の実施形態において
第８の実施形態と同一部分については、同一符号を付
し、重複する説明は省略する。

【０１０６】図２７および図２８に示すように、４個の
磁石２Ｂ，２Ｂ，２Ｂ，２Ｂから構成された磁石組が反
応容器１Ｂの軸線方向に一緒に動くように構成されてい
る。磁石組を構成する４個の磁石２Ｂの位置関係および
極性の関係は第８の実施形態の磁石組と同様であり、ま
た磁石組を構成する４個の磁石２Ｂが反応容器１Ｂの半
径方向および周方向に独立して移動可能な点も第８の実
施形態と同様である。以上説明した第１乃至第１６の実
施形態によれば、高効率かつ高速度で二酸化炭素を還元
して炭化水素化合物もしくは含酸素炭化水素化合物（メ
タノールまたはメタン等）に変換して回収することがで
きる。

【０１０７】なお、上記実施形態においては、本発明に
よる反応装置を、二酸化炭素を水素還元して炭化水素化
合物もしくは含酸素炭化水素化合物とする化学反応を行
わせるために用いた例について説明したが、本反応装置
の適用は上記反応に限定されるものではない。すなわ
ち、本反応装置は触媒の共存下におけるあらゆる化学的
反応を効率良く実施するために適用することができる。
従って、例えば、１種類の反応物質を反応容器内に収容
し、該反応物質を熱分解させる反応等にも使用すること
ができる。

【０１０８】

【実施例】以下に、上記の反応装置を用いて二酸化炭素
の還元を行った結果について説明する。なお、試験に用
いた反応装置は第２の実施形態に記載されたものであ
る。本試験においては、二酸化炭素を水素還元する磁性
触媒微粒子９として、酸素欠陥マグネタイトの微粒子を
用いた。

【０１０９】まず、酸素欠陥マグネタイトの微粒子約２
kgを封入した反応容器１Ｂに、導入口４から二酸化炭素
を主成分とするガスを導入して約３００℃で反応させ、
導入口５から水蒸気を吸入して約４００℃で接触させ
た。

【０１１０】次に、発生磁場約５Ｔ（テスラ）の超電導
コイル２Ａにより励磁と消磁とを繰り返して、磁場を移
動させて容器１Ｂ内の酸素欠陥マグネタイトの微粒子を
攪拌した。約１８０分反応後、吸出口６から変換物質
（反応生成物質）を取り出して、約２５℃まで冷却して
水蒸気を凝結させるとメタノールが約６g以上検出され
た。本試験で得られたメタノールの量は、磁場を用いた
触媒攪拌を行わない場合に（約４g）に比べて、約1．5
倍以上に向上した。

【０１１１】反応後に酸素欠陥マグネタイトはマグネタ
イトとなったが、導入口５から反応容器１Ｂ内に水素を
約０．２ｍ³吸入して、約３００℃で反応させ、発生磁
場約５Ｔの超電導コイル２Ａの励磁と消磁とを繰り返し
て、磁場を移動させて容器１Ｂ内のマグネタイトの微粒
子を撹拝した。約５時間反応後、マグネタイトは酸素欠
陥マグネタイトに再生した。

【０１１２】次に、上記第１乃至第１８の実施形態に記
載の反応装置の応用例について説明する。以下に説明す
る応用例は、上述した反応装置を各種プラントに組み込
んだものである。各応用例を示す図面（図２９〜図３
８）において本発明による反応装置には参照符号Ｒを付
す。また、図２９〜図３８には、詳細に図示されてはい
ないが、反応装置Ｒを構成する反応容器は、排気ガスの
経路に接続されるとともに、排気ガスと反応する水蒸気
（水）または水素を供給する装置に接続されている。

【０１１３】［第１の応用例］まず、図２９を参照して
第１の応用例について説明する。

【０１１４】図２９は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれたガス化複合発電システムの系統図である。

【０１１５】図２９に示すように、ガス化複合発電シス
テムは、酸素分離ユニット３２０、ガス化炉３２１、ス
ラグホッパ３２２、フィルタ３２３、冷却器３２４、脱
硫装置３２５、ガスタービン３２６、蒸気タービン３２
７、発電機３２８、排熱回収ボイラ３２９、復水器３３
０、排気口３３１および反応装置Ｒとにより構成され
る。

【０１１６】まず、空気から酸素を分離する酸素分離ユ
ニット３２０によって製造した酸素および石炭もしくは
重質油などの燃料をガス化炉３２１に供給して、ＣＯと
Ｈ₂を主要成分とするガス燃料に転換する。このとき発
生したスラグ（灰分）はスラグホッパ３２２にためる。

【０１１７】次に、生成ガス中のばい塵をフィルタ３２
３で除去し、冷却器３２４でガスを冷却し、硫黄分を脱
硫装置３２５で除去した後、ガスタービン３２６の燃料
として供給しガスタービン３２６を駆動し発電機３２８
を駆動させて発電する。また、ガスタービン３２６の排
熱を利用して排熱回収ボイラ３２９で蒸気を発生させ、
蒸気タービン３２７を駆動して発電機３２８を駆動させ
て発電する。蒸気タービン３２７から排気された蒸気は
復水器３３０で冷却され凝縮し復水となり、排熱回収ボ
イラ３２９の給水となる。

【０１１８】排気口３３１から出た排気ガスを冷却して
脱水した後、反応装置Ｒに送り込み、排気ガス中の二酸
化炭素を他の炭化水素化合物もしくは含酸素炭化水素化
合物（例えばメタン、メタノール等の物質）に変換す
る。

【０１１９】従来のガス化複合発電システムでは、排気
ガス中のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気中のＣＯ₂
濃度を上昇させる。しかし、以上のシステムのように、
排気ガスを反応装置Ｒに送り込み、排気ガス中の二酸化
炭素を他の物質に変換して回収することにより、二酸化
炭素を排出しないようにすること、もしくは二酸化炭素
の排出量を減少させることが可能となる。

【０１２０】［第２の応用例］次に、図３０を参照して
第２の応用例について説明する。

【０１２１】図３０は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれたＣＯ₂回収型火力発電システムの系統図であ
る。

【０１２２】図３０に示すように、ＣＯ₂回収型火力発
電システムは、酸素分離装置３４０、改質器３４１、復
水器３４２、水素分離膜３４３、水素圧縮機３４４、水
素燃焼器３４５、ＣＯタービン３４６、空気圧縮機３４
７、ガスタービン３４８、発電機３４９、蒸気タービン
３５０、排熱回収ボイラ３５１、ポンプ３５２，ＣＯ₂
排熱回収ボイラ３５３および反応装置Ｒから構成され
る。

【０１２３】燃料は天然ガスもしくは石炭などを使用す
る。まず、天然ガスを改質用蒸気とともに改質器３４１
に供給し、高温高圧化で改質しＨ₂とＣＯ（ＣＯ₂，ＣＨ
₄）とに水素分離膜３４３で分離し、ＣＯ（ＣＯ₂，ＣＨ
₄）はＣＯタービン３４６の燃料として供給しＣＯター
ビン３４６を駆動し発電機３４９を駆動させて発電した
後、改質器３４１に戻し、空気から酸素を分離する酸素
分離装置３４０によって製造した純度９５％以上の酸素
で燃焼させ、改質に必要な反応熱を与える。

【０１２４】燃焼ガスは高温高圧の高濃度ＣＯ₂となる
ので、ＣＯ₂排熱回収ボイラ３５３で動力熱回収した
後、高濃度ＣＯ₂を直接回収する。水素分離膜３４３で
分離したＨ₂は水素圧縮機３４４で圧縮して、空気圧縮
機３４７で圧縮した空気と共に、水素燃焼器３４５で燃
焼させ、燃焼ガスをガスタービン３４８の燃料として供
給して駆動し発電機３４９を駆動させて発電する。さら
に、ガスタービン３４８の排熱を利用して排熱回収ボイ
ラ３５１で蒸気を発生させ、蒸気タービン３５０を駆動
して発電機３４９を駆動させて発電して、高効率発電を
行う。

【０１２５】蒸気タービン３５０から排気された蒸気は
復水器３４２で冷却され凝縮し復水となり、ポンプ３５
２で排熱回収ボイラ３５１に給水される。ＣＯ₂排熱回
収ボイラ３５３および排熱回収ボイラ３５１から出た高
濃度ＣＯ₂を冷却して脱水した後、反応装置Ｒに送り込
み、排気ガス中の二酸化炭素を炭化水素等の炭化水素化
合物（もしくは含酸素炭化水素化合物）に変換する。反
応装置Ｒを経て回収された炭化水素等の炭化水素化合物
（もしくは含酸素炭化水素化合物）は、燃料として再利
用できる。本システムによれば、従来のＣＯ₂回収型火
力発電システムで問題となっていた、回収した高濃度Ｃ
Ｏ₂の処理の問題を解決することができる。

【０１２６】［第３の応用例］次に、図３１を参照して
第３の応用例について説明する。

【０１２７】図３１は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれた汽力発電システムの系統図である。

【０１２８】図３０に示すように、汽力発電システム
は、通風機３６０、予熱器３６１、ボイラ３６２、蒸気
タービン３６３、発電機３６４、復水器３６５、ポンプ
３６６、排気口３６７および反応装置Ｒから構成され
る。

【０１２９】空気もしくは酸素富化空気を通風機３６０
によって予熱器３６１に送って加熱後、燃料とともにボ
イラ３６２に供給して燃焼し蒸気を発生させ、蒸気ター
ビン３６３を駆動して発電機３６４を駆動させて発電す
る。

【０１３０】蒸気タービン３６３から排気された蒸気は
復水器３６５で冷却され凝縮して復水となり、ポンプ３
６６でボイラ３６２に給水される。燃焼ガスは予熱器３
６１で熱回収後、排気口３６７に送られる。排気口３６
７から出た排気ガスを冷却して脱水した後、反応装置Ｒ
に送り込み、排気ガス中の二酸化炭素を炭化水素等の炭
化水素化合物（もしくは含酸素炭化水素化合物）に変換
して回収する。

【０１３１】従来の汽力発電システムでは、排気ガス中
のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気中のＣＯ₂濃度の
上昇が問題となっているが、本発明の反応装置Ｒをシス
テムに組み込むことでこの問題を解決することができ
る。

【０１３２】［第４の応用例］次に、図３２を参照して
第４の応用例について説明する。

【０１３３】図３２は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれたガスタービン発電システムの系統図である。

【０１３４】図３２に示すように、ガスタービン発電シ
ステムは、圧縮機３８０、発電機３８１、ガスタービン
３８２、燃焼器３８３、排気口３８４および反応装置Ｒ
から構成される。

【０１３５】空気もしくは酸素富化空気を圧縮機３８０
で圧縮して高圧にした後に燃料を投入して燃焼器３８３
で燃焼させ、高温の燃焼ガスでガスタービン３８２を駆
動して発電機３８１を駆動させて発電する。ガスタービ
ン３８２の燃焼ガスは排気口３８４に送られる。排気口
３８４から出た排気ガスを冷却して脱水した後、反応装
置Ｒ排気ガス中の二酸化炭素を炭化水素等の炭化水素化
合物もしくは含酸素炭化水素化合物に変換して回収す
る。

【０１３６】従来のガスタービン発電システムでは、排
気ガス中のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気中のＣ
Ｏ₂濃度の上昇が問題となっているが、本発明の反応装
置Ｒをシステムに組み込むことでこの問題を解決するこ
とができる。

【０１３７】［第５の応用例］次に、図３３を参照して
第５の応用例について説明する。

【０１３８】図３３は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれた複合発電システムの系統図である。

【０１３９】図３３に示すように、複合発電システム
は、圧縮機３９１、発電機３９２、燃焼器３９３、ガス
タービン３９４、排熱回収ボイラ３９５、蒸気タービン
３９６、復水器３９７、ポンプ３９８、排気口３９９お
よび反応装置Ｒから構成される。

【０１４０】空気もしくは酸素富化空気を圧縮機３９１
で圧縮して高圧にした後に燃料を投入して燃焼器３９３
で燃焼させ、高温の燃焼ガスでガスタービン３９４を駆
動して発電機３９２を駆動させて発電する。

【０１４１】ガスタービン３９４から放出された排気ガ
スを、排熱回収ボイラ３９５に導き、排気ガスの熱エネ
ルギにより蒸気を発生させて蒸気タービン３９６を駆動
し発電機３９２を駆動させて発電する。蒸気タービン３
９６から排気された蒸気は復水器３９７で冷却され凝縮
して復水となり、ポンプ３９８で排熱回収ボイラ３９５
に給水される。排熱回収ボイラ３９５の排気ガスは排気
口３９９に送られる。排気口３９９から出た排気ガスを
冷却して脱水した後、反応装置Ｒに送り込み、排気ガス
中の二酸化炭素を炭化水素等の炭化水素化合物（もしく
は含酸素炭化水素化合物）に変換して回収する。従来の
複合発電システムでは、排気ガス中のＣＯ₂をそのまま
排気するので、大気中のＣＯ₂濃度の上昇が問題となっ
ているが、本発明の反応装置Ｒをシステムに組み込むこ
とでこの問題を解決することができる。

【０１４２】［第６の応用例］次に、図３４を参照して
第６の応用例について説明する。図３４は、本発明に係
る反応装置Ｒが組み込まれた鉄鋼製造システムの系統図
である。

【０１４３】図３４に示すように、鉄鋼製造システム
は、コークス炉４１０、破砕機４１１、篩分器４１２、
焼結器４１３、溶鉱炉４１４、熱風炉４１５、送風機４
１６、混銑炉型溶銑台車４１７、混銑炉４１８、平炉４
１９、転炉４２０、電気炉４２１および反応装置Ｒから
構成される。

【０１４４】まず、石炭をコークス炉４１０で乾留して
コークスを作る。同時に鉄鉱石を破砕機４１１で破砕し
て、篩分器４１２で粉鉱と整粒鉱とに篩分けした後、粉
鉱を焼結機４１３に焼結原料（石灰石、粉コークス及び
床敷焼結鉱）と共に投入して焼結して焼結鉱を得る。

【０１４５】次に、コークス、整粒鉱、焼結鉱、マンガ
ン鉱石、石灰石及びペレットを溶鉱炉４１４に投入し
て、重油と、送風機４１６から熱風炉４１５に空気を送
り込んで作った熱風を送り込んで、溶銑を作る。

【０１４６】次に、得られた溶銑を混銑炉型溶銑台車４
１７もしくは混銑炉４１８に投入して混銑を作る。次
に、混銑、スクラップ及び副原料（生石灰、石灰石、蛍
石及び鉄鉱石）を平炉４１９、転炉４２０もしくは電気
炉４２１に投入する。平炉４１９には重油と空気もしく
は酸素富化空気を供給して溶鋼を製造する。転炉４２０
には空気もしくは酸素富化空気を供給して溶鋼を製造す
る。電気炉４２１には電力と空気もしくは酸素富化空気
を供給して溶鋼を製造する。

【０１４７】平炉４１９、転炉４２０もしくは電気炉４
２１から出た排気ガスを冷却して脱水した後、反応装置
Ｒに送り込み、排気ガス中の二酸化炭素を炭化水素等の
炭化水素化合物（もしくは含酸素炭化水素化合物）に変
換して回収する。

【０１４８】従来の鉄鋼製造システムでは、排気ガス中
のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気中のＣＯ₂濃度の
上昇が問題となっているが、本発明の反応装置Ｒをシス
テムに組み込むことでこの問題を解決することができ
る。

【０１４９】［第７の応用例］次に、図３５を参照して
第７の応用例について説明する。

【０１５０】図３５は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれたキュポラシステムの系統図である。

【０１５１】図３５に示すように、キュポラシステム
は、キュポラ送風機４３０、制御弁４３１、キュポラ４
３２および反応装置Ｒから構成されている。

【０１５２】燃料兼加炭材としてのコークスと、原料と
なる屑鉄や銑鉄を交互にキュポラ４３２の上部から投入
し、キュポラ４３２の下部から着火して、空気もしくは
酸素富化空気をキュポラ送風機４３０によって制御弁４
３１で制御しながら送風して燃焼する。

【０１５３】それによって、１４００〜１５００℃まで
の範囲で溶融し、加炭された融鉄がキュポラ４３２の下
部に溜まる。この融鉄を鋳型に流し込んで冷却固化し、
製品としての鋳物とする。キュポラ４３２から出た排気
ガスを冷却して脱水した後、反応装置Ｒに送り込み、排
気ガス中の二酸化炭素を炭化水素等の炭化水素化合物も
しくは含酸素炭化水素化合物に変換して回収する。

【０１５４】従来のキュポラシステムでは、排気ガス中
のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気中のＣＯ₂濃度の
上昇が問題となっているが、本発明の反応装置Ｒをシス
テムに組み込むことでこの問題を解決することができ
る。

【０１５５】［第８の応用例］次に、図３６を参照して
第８の応用例について説明する。

【０１５６】図３６は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれたセラミックス高温焼成システムの系統図であ
る。

【０１５７】図３６に示すように、セラミックス高温焼
成システムは、燃焼ブロア４４０、制御弁４４１、高温
焼成炉４４２および反応装置Ｒから構成されている。

【０１５８】高温焼成炉４４２に、空気もしくは酸素富
化空気を燃焼ブロア４４０によって制御弁４４１で制御
しながら送風すると共に、燃料となる都市ガスを制御弁
４４１によって制御しながら供給して、千数百度の高温
で燃焼して、セラミックス（耐火レンガやファインセラ
ミックスなど）を焼成する。

【０１５９】高温焼成炉４４２から出た排気ガスを冷却
して脱水した後、反応装置Ｒに送り込み、排気ガス中の
二酸化炭素を炭化水素等の炭化水素化合物もしくは含酸
素炭化水素化合物に変換して回収する。

【０１６０】従来のセラミックス高温焼成システムで
は、排気ガス中のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気
中のＣＯ₂濃度の上昇が問題となっているが、本発明の
反応装置Ｒをシステムに組み込むことでこの問題を解決
することができる。

【０１６１】［第９の応用例］次に、図３７を参照して
第９の応用例について説明する。

【０１６２】図３７は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれた都市ゴミ処理システムの系統図である。

【０１６３】図３７に示すように、都市ゴミ処理システ
ムは、酸素発生装置４５０、ゴミピット４５１、クレー
ン４５２、破砕機４５３、破砕ゴミピット４５４、排水
ピット４５５、溶融熱分解炉４５６、スラグ冷却槽４５
７、スラグホッパ４５８、ガス燃焼炉４５９、廃熱ボイ
ラ４６０、電気集塵器４６１、押込送風機４６２、排気
口４６３、灰処理装置４６４および反応装置Ｒから構成
される。

【０１６４】都市ゴミをゴミピット４５１に投入して排
水して、クレーン４５２で破砕機４５３に投入して破砕
した後、破砕ゴミピット４５４に投入して排水した後、
クレーン４５２で溶融熱分解炉４５６に投入する。排水
は排水ピット４５５に集める。同時にＬＰガスと酸素と
を溶融熱分解炉４５６に供給して、都市ゴミを燃焼す
る。酸素を用いるので焼却温度は１７００℃程度まで上
昇し、ゴミ中の無機物は溶融して大幅に滅溶する。

【０１６５】溶融スラグはスラグ冷却槽４５７で冷却し
た後、粒状スラグとなりスラグホッパ４５８に集められ
る。また、一酸化炭素、メタンなどを含む発生ガスは灯
油やＬＰガスと共にガス燃焼炉４５９の燃料として利用
し、排熱ボイラ４６０で熱回収した後、電気集塵器４６
１で粉塵を除去して押込送風機４６２によって排気口４
６３に送る。

【０１６６】排気ガスは冷却して脱水した後、反応装置
Ｒに送り込み、排気ガス中の二酸化炭素を炭化水素やメ
タノール等の炭化水素化合物もしくは含酸素炭化水素化
合物に変換して回収する。ガス燃焼炉４５９、廃熱ボイ
ラ４６０、電気集塵器４６１から出た灰は、灰処理装置
４６４に集めて処理する。

【０１６７】従来の都市ゴミ処理システムでは、排気ガ
ス中のＣＯ₂をそのまま排気するので、大気中のＣＯ₂濃
度の上昇が問題となっているが、本発明の反応装置Ｒを
システムに組み込むことでこの問題を解決することがで
きる。

【０１６８】［第１０の応用例］次に、図３８を参照し
て第１０の応用例について説明する。

【０１６９】図３８は、本発明に係る反応装置Ｒが組み
込まれた排水処理システムの系統図である。

【０１７０】図３８に示すように、排水処理システム
は、酸素分離ユニット４７０、酸素ガス供給弁４７１、
廃水処理槽４７２、プロペラモーター４７３、プロペラ
４７４、酸素濃度分析計４７５、排ガス流量調節弁４７
６、混合液沈殿池４７７、ポンプ４７８および反応装置
Ｒで構成する、有機性産業廃水や家庭廃水（下水）に混
合液沈殿池４７７からの返送汚泥を２０〜３０％までの
割合で混合して廃水処理槽４７２に流し込むと共に、酸
素分離ユニット４７０によって製造した約９０％濃度の
酸素を廃水処理槽４７２に供給し、４〜８時間までの間
プロペラ４７４による攪拌とプロペラシャフトからの酸
素曝気とによって酸素溶解して微生物で分解する。

【０１７１】廃水処理槽４７２からの流出水は混合液沈
殿池４７７で約２時間汚泥を沈殿分離して、上澄液を塩
素滅菌後処理水として放流する。廃水処理槽４７２から
出た排気ガスを冷却して脱水した後、反応装置Ｒに送り
込み、排気ガス中の二酸化炭素を炭化水素またはメタノ
ール等の炭化水素化合物もしくは含酸素炭化水素化合物
に変換して回収する。

【０１７２】従来の排水処理システムでは、従来の都市
ゴミ処理システムでは、排気ガス中のＣＯ₂をそのまま
排気するので、大気中のＣＯ₂濃度の上昇が問題となっ
ているが、本発明の反応装置Ｒをシステムに組み込むこ
とでこの問題を解決することができる。

【０１７３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
触媒を用いて行われる化学反応の効率を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反応装置の第１の実施形態を示す
軸線方向に沿った断面図。

【図２】本発明による反応装置の第２の実施形態を示す
軸線方向に沿った断面図。

【図３】本発明による反応装置の第３の実施形態を示す
軸線方向に沿った断面図。

【図４】本発明による反応装置の第３の実施形態を示す
軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図５】本発明による反応装置の第４の実施形態を示す
軸線方向に沿った断面図。

【図６】本発明による反応装置の第４の実施形態を示す
軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図７】本発明による反応装置の第５の実施形態を示す
軸線方向に沿った断面図。

【図８】本発明による反応装置の第５の実施形態を示す
軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図９】本発明による反応装置の第６の実施形態を示す
軸線方向に沿った断面図。

【図１０】本発明による反応装置の第６の実施形態を示
す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図１１】本発明による反応装置の第７の実施形態を示
す軸線方向に沿った断面図。

【図１２】本発明による反応装置の第７の実施形態を示
す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図１３】本発明による反応装置の第８の実施形態を示
す軸線方向に沿った断面図。

【図１４】本発明による反応装置の第８の実施形態を示
す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図１５】本発明による反応装置の第９の実施形態を示
す軸線方向に沿った断面図。

【図１６】本発明による反応装置の第１０の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図１７】本発明による反応装置の第１１の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図１８】本発明による反応装置の第１１の実施形態を
示す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図１９】本発明による反応装置の第１２の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図２０】本発明による反応装置の第１２の実施形態を
示す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図２１】本発明による反応装置の第１３の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図２２】本発明による反応装置の第１３の実施形態を
示す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図２３】本発明による反応装置の第１４の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図２４】本発明による反応装置の第１４の実施形態を
示す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図２５】本発明による反応装置の第１５の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図２６】本発明による反応装置の第１５の実施形態を
示す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図２７】本発明による反応装置の第１６の実施形態を
示す軸線方向に沿った断面図。

【図２８】本発明による反応装置の第１６の実施形態を
示す軸線に垂直な方向に沿った断面図。

【図２９】反応装置の第１の応用例を示す図。

【図３０】反応装置の第２の応用例を示す図。

【図３１】反応装置の第３の応用例を示す図。

【図３２】反応装置の第４の応用例を示す図。

【図３３】反応装置の第５の応用例を示す図。

【図３４】反応装置の第６の応用例を示す図。

【図３５】反応装置の第７の応用例を示す図。

【図３６】反応装置の第８の応用例を示す図。

【図３７】反応装置の第９の応用例を示す図。

【図３８】反応装置の第１０の応用例を示す図。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ 反応容器 ２Ａ，２Ｂ 磁石 ９ 磁性触媒粒子（または触媒を付着させた磁性体粒
子）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０７Ｃ 31/04 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３０１Ｍ (72)発明者 田 村 仁 郎 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 福 島 公 親 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１ 株式会 社東芝研究開発センター内 (72)発明者 藤 原 重 徳 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 Ｆターム(参考） 4G036 AC22 AC24 AC25 4G069 AA02 AA15 BB04B BC66A BC66B CC21 CC22 CC27 CC29 CC40 DA07 EA02X EA02Y ED10 4G070 AA01 AB02 AB10 BA10 BB11 BB40 CA03 CA06 CA09 CA16 CA21 CB16 CB19 CC20 DA21 4H006 AA02 AA04 AC11 AC41 BA19 BA30 BA85 BD81 BE20 BE41 BE60 FE11 4H039 CA11 CA60 CB40 CL50

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内部に反応物質と、磁性触媒粒子または触
   媒を付着させた磁性体粒子とを収容して、前記反応物質
   から反応生成物質を生成する反応を行うための反応容器
   と、 前記反応容器の外部に設けられ、前記反応容器の内部に
   磁場を形成して前記反応容器内の前記磁性触媒粒子また
   は触媒を付着させた磁性体粒子を移動させる磁石と、を
   備えたことを特徴とする反応装置。
2. 【請求項２】反応容器内に、反応物質と、磁性触媒粒子
   または触媒を付着させた磁性体粒子とを収容する工程
   と、 前記反応容器内に磁場を形成して、この磁場を変化させ
   ることにより前記触媒粒子を前記反応容器内で移動させ
   ながら反応物質を反応させて反応生成物質を生成する工
   程と、を備えたことを特徴とする反応方法。
3. 【請求項３】発電機を駆動するタービンと、 前記タービンから排出される二酸化炭素を主成分とする
   排気ガスの排出経路に接続されるとともに、その内部に
   二酸化炭素の水素還元反応に寄与する磁性触媒粒子また
   は触媒を付着させた磁性体粒子を収容する反応容器と、 前記反応容器の外部に設けられ、前記反応容器の内部に
   磁場を形成して前記反応容器内の前記磁性触媒粒子また
   は触媒を付着させた磁性体粒子を移動させる磁石と、 前記反応容器内に、前記二酸化炭素と反応する水または
   水素を供給する装置と、を備えたことを特徴とする火力
   発電システム。